基于DSP的光纤法-珀传感器互相关解调系统的设计.docVIP

  基于 DSP 的光纤法-珀传感器互相关解调系 统的设计 丁磊，吴亚林** 5 10 15 20 25 30 35 40 （哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，哈尔滨 150001） 摘要：根据光纤 F-P 传感器互相关解调原理，设计了一种基于该方法的 DSP 实时解调系统。 重点阐述了互相关解调系统的硬件结构。通过设计乒乓缓存以及对 DSP 数据传输控制，实现 了线阵 CCD 采集的数据与 DSP 芯片的无缝传输。搭建了实验平台，对解调系统分辨率进行了 验证。实验结果表明系统可以完成对线阵 CCD 信号的采集与处理功能，满足互相关解调方法 的要求。并且通过线阵 CCD 细分算法使系统分辨率达到了亚像素级别。 关键词：互相关解调；乒乓缓存；DSP；线阵 CCD 中图分类号：TN29 Design of Cross-Correlation Demodulation System of Optical Fiber F-P Sensor Based on DSP Ding Lei, Wu Yalin (College of information and communication engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001) Abstract: The DSP real-time demodulating system is discribed, according to the principle of cross-correlation demodulation of optical fiber F-P senor. The paper mainly expounds the hardware structure of cross-correlation demodulation system. By designing ping-pang RAM and controlling the data, the seamless data transmission between linear CCD and DSP chip is achieved. The experimental platform was set up to test system resolution. The experimental results show that the system can collect and process the linear CCD data and meet the design requirements of cross-correlation demodulation method. In addition, the system resolution can reach sub pixel level through the linear CCD subdivision algorithms. Key words: cross-correlation demodulation; ping-pang RAM; DSP; linear CCD 0 引言 随着光纤传感技术的发展，干涉型光纤法-珀(F-P)传感器因其独特的优点成为最早在实 际工程应用的传感器之一。光纤 F-P 传感器结构简单、小巧轻便，在长期稳定性和灵敏度方 面具有明显优势，并在位移、温度、振动、压力、声音等诸多物理量的测量方面发挥着重要 的作用[1-3]。 光纤 F-P 传感器的解调方法是系统各指标能否实现的关键[4-5]。其中，基于光楔的互相 关解调法，因其不需要昂贵的光谱仪且具有解调精度高，可靠性强和成本低等特点，从而具 有广阔的应用前景[6-7]。本文在总结前人研究成果的基础上，对干涉型光纤 F-P 传感器的互 相关解调系统进行了研究。设计了一种利用线阵 CCD 进行信号采集的实时解调系统。 1 光纤 F-P 传感器互相关解调原理 基于光楔的光纤 F-P 传感器解调系统，通过光楔将 F-P 传感器反射后的干涉信号在空间 上进行第二次等厚干涉，即利用 F-P 腔反射和光楔的透射进行互相关运算，来实现系统解调， 作者简介：丁磊(1984-)，男，硕士，光学工程 通信联系人：吴亚林(1963-)，男，研究员，传感器及传感信息处理. 49yalin@163.com -1-   如图 1 所示。解调系统主要由宽带光源、耦合器、连接光纤、F-P 传感器、准直透镜、光楔、 线阵 CCD、信号采集模块和信号处理模块组成。经过互相关调制后的宽带光入射到线阵 CCD 上，光的强弱在不同像素位置呈现相应分布，在光强最大处的像素位置对应的光楔厚度与 45 F-P 腔腔长相同，外界